Question

بحث بعنوان مكونات شبكات الحاسوب والأجهزة الفعالة لشبكات الإنترنت الحديثة 

تمهيد 

تعتبر شبكات الحاسوب القاعدة الأساسية للعمل الجماعي والتواصل داخل أي مؤسسة، وأكبر شبكة من بين الشبكات في شبكة الانترنت العملاقة التي هي عبارة عن مجموعة شبكات حاسوب متصلة مع بعضها البعض. 

وقد تكون شبكات الحاسوب عبارة عن شبكة داخلية تخص شركة أو مؤسسة ما، أو أن تكون شبكة عامة كليكة الانترنت مثلا، ولكل نوع من الأنواع الخصائصة ولكل مستخدم عبر الشبكة خصوصية معينة يعمل من خلالها على الشبكة، بحيث يتم منح الصلاحيات من قبل مدير الشبكة وذلك لضمان تواصل على الأمس الإدارية والتسلسل الإداري بالترتيب.

 مكونات شبكات الإنترنت الحديثة

تتكون الشبكة المحلية من نوع الإيثرنت من المكونات المادية وهي أجهزة حواسيب المستخدمين (Clients) ومن المعدات مثل جهاز المبدل Ethemet Switch) والقابلوات ومكونات غير مادية وهي البرمجيات (Software) كما مبين بالشكل (3-1).

الشكل 3-1 مكونات البنية التحتية لشبكة محلية من نوع ايثرنت. 

 الأجهزة الفعالة لشبكات الإيثرنت الحديثة

ادناه عدد من الأجهزة الفعالة المستخدمة في شبكات الإيثرنت :

1 مجمع مبدل الشبكة (HUB/Switch).

2 مكرر الإشارات (Repeater).

3 الجسور (Bridges) 

4 الموجة (Router) 

أولاً: المجمعات (Hubs)

المجمع (Hub) أو المبدل (Switch) عبارة عن جهاز لتوصيل مجموعة من أجهزة الحاسوب مع بعضها في حيز مكاني صغير. وعلى الرغم من وجود تشابه في آلية عمل المجمع (Hub) والمبدل (Switch) إلا أن هناك اختلافات في طريقة توجيه الأشارة المرسلة من جهاز إلى آخر ولتوضيح ذلك لنأخذ المثال التالي:

بفرض أنه لديك شبكة محلية مكونة من ثمانية أجهزة متصلة مع بعضها البعض بشكل النجمة. فبإستخدام المجمع (Hub) وعندما يقوم جهاز رقم (1) بارسال اشارة الى جهاز رقم (2) وفي أثناء مرورها من خلال المجمع (Hub) يقوم بتكبيرها وأرسالها الى جميع الأجهزة السبعة الأخرى. أما المبدل (Switch) فيقوم باستقبالها وأرسالها إلى جهاز رقم (2) فقط بناء عليه تستطيع القول أن المجمع (Hub) لا يستطيع تحديد وجهة البيانات المرسلة مما يؤدي الى حركة بيانات غير مرغوب فيها داخل الشبكة على العكس من المبدل (Switch) الذي يعرف مسبقا الأجهزة المتصلة مع الشبكة وبالتالي يحدد الوجهة للبيانات المرسلة، لاحظ الشكل 3-2

الشكل 3-2 المجمع (Hub)

يوجد ثلاثة أنواع أساسية للمجمعات (Hubs) وهي:

1 - المجمعات النشطة (Active Hubs) :تعد أغلب المجمعات نشطة، ولها القدرة على إعادة توليد وارسال أشارات البيانات على الشبكة بنفس الطريقة التي يعمل بها المكرر (Repeater) أن المجمعات عادة بين 8 إلى 12 منفذاً و أحيانا أكثر ) تستطيع أجهزة الحاسوب الإتصال بها وتسمى هذه المجمعات أحيانا مكررات الأشارة متعدد المناقة أو (Multiport Repeater) والشكل 3-3 يبين أحد هذه الأنواع.

الشكل 3 - 3 أحد أنواع المجمعات (Hubs) من نوع (Active Hub)

2 - المجمعات الخاملة (Passive Hubs) : هي أنواع أخرى من المجمعات تشبه لوحات توزيع الأسلاك وهي تعمل كنقاط اتصال ولا تقوم بتقوية أو توليد الإشارات المارة من خلالها ولا تحتاج إلى طاقة كهربائية كي تعمل.

3 - المجمعات الهجينة (Hybrid Hub ) : من الممكن توسيع الشبكة عن طريق تركيب أكثر من مجمع واحد وهذا يطلق عليه المجمعات الهجينة وهي متوافقة مع أنواع مختلفة من الأسلاك.

أن المجمع مكون من الأجزاء التالية:

1- الجهة الأمامية توجد في واجهة المجمع مجموعة من ثنائيات الإصدار الضوئي (LED) تشير إلى حالة كل منفذ من منافذ الشبكة، وإلى حجم المرور عبر الشبكة وكما موضح بالشكل (3-4)

الشكل (3-4) الجهة الأمامية المجمع (Hub)

2- الجهة الخلفية تعاوي الجهة العالية على المنافذ التي بواسطتها يتم توصيل كل جهاز في الشبكة كما يوجد بها ملفك التوصيل كهرباء والشكل (3-5) بين ذلك.

الشكل 3-5 الجهة الخلفية للمجمع (Hub)

ثانياً: المبدلات (Switches)

تعتبر المبدلات الجيل المتطور للمجمعات، ومما يميزها عن المجمعات ما يأتي:

1. تحتوي على منفذ سريع واحد في الأقل لتوصيل أكثر من مبدل مع بعضها البعض.

2. تتكون من عدد أكبر من المنافذ (Ports).

3. لها قوة معالجة أضخم حيث يتم إعطاء كل البوابات السرعة القصوى بدلاً من توزيع السرعة على جميع البوابات.

4. بعض أنواع المبدلات قابلة للتحكم والبرمجة.

5. تمتلك وصلات لربط الشبكات الواسعة (WAN)

بشكل عام أن المجمعات أو المبدلات توفر مميزات وقدرات عالية للشبكات، فهي تقدم المميزات التالية:

1. تسمح بتوسيع الشبكة وتغيير مكوناتها بكل سهولة ودون تعطيل عمل الشبكة.

2. يمكن استخدام منافذ متنوعة تتوافق مع أنواع مختلفة من الأسلاك.

3. تساعدك على المراقبة المركزية النشاط الشبكة وحركة مرور البيانات.

4. يتوفر في معظمها معالج داخلي خاص يستطيع تحديد حجم حزم البيانات التي تمر من خلاله على الشبكة.

5. تساعد على اكتشاف المشاكل في حزم البيانات المرسلة وتوجيه تحذير حول المشكلة.

6. بعض انواعها يستطيع تحديد جدولة زمنية يسمح فيه الجهاز ما بالإتصال في الشبكة بأوقات محددة. أن الشكل (3-6) يوضح أحد أنواع المبدلات المستخدمة في الشبكات.

الشكل 6.3 المبدلات (LAN Switch)

ثالثاً: مكرر الإشارة Repeater

بعد مكرر الأشارة (Repeater) الذي يعمل في المستوى العادي (Physical) أبسط أجهزة الربط المستخدمة في الشبكات يقتصر عمل هذا الجهاز على تكرار كل ما يصل اليه من إشارات. أن السبب الرئيس الذي يدعو لاستخدام هذا الجهاز في الشبكة هو زيادة المسافة التي يعتد اليها القابلو والتغلب على مشكلة ضعف الأشارة المرسلة من المعروف أن الإشارات ينتابها الضعف في أثناء انتقالها في القابلو وكلما كان القابلو أطول كلما اصبحت الإشارات ضعيفة نتيجة طول المسافة التي تقطعها للوصول إلى وجهتها لذلك يستخدم هذا الجهاز الضمان وصول الإشارة الى وجهتها بعد تقويتها.

الشكل 3-7 استخدام مكرر الإشارة (Repeater)

رابعاً: الجسور (Bridges)

وهو عبارة عن جهاز كهربائي يقوم بربط الشبكات مع بعضها البعض لتجنب التصادمات والتقليل من الأرسال العشوائي ويحتوي على ذاكرة ولا توجد حاجة لاستخدام هذا الجهاز في حالة الشبكة الواحدة وكما موضح بالشكل 3-8

​​​​​​

الشكل 3-8 استخدام الجسور (Bridges) بين الشبكات

تعمل الجسور (Bridges) على ربط شبكتي (LAN) ببعضهما بحيث يعملان كشبكة واحدة و ينشيء هذا الجهاز جدول توجيه Routing Table يتضمن العناوين الفعلية للأجهزة ويحدد هذا الجدول الوجهة الصحيحة للرسالة المارة خلال الجهاز ويستخدم هذا الجهاز في الحد من تدفق البيانات عبر الشبكة وأزدحامها بالرسائل ومن أنواع الجسور :

أ - الجسور المحلية (Local Bridge)

وهي تربط بين شبكتين واحدة في غرفة مثلاً مع شبكة في غرفة أخرى (غرفة - مع - غرفة).

ب - الجسور عن بعد (Remote Bridges)

وهي تربط بين شبكة في مبنى مع شبكة في مبنى آخر مبنى - مع - مبنى).

ج - الجسور الشفافة Transparent Bridge

سريعة جدا في نقل البيانات (data) لأنها لا تستخدم عملية Cyclic Redundancy Check) CRC) وهي عملية التأكد من خلو البيانات من الأخطاء وكذلك تكون رخيصة الثمن.

د - جسور الوسائط المختلطة Mixed Media Bridge)

وتعمل على التأكد من خلو البيانات من الاخطاء عن طريق (CRC) ولذلك فأنها آمنة وتتميز ببطء نقل البيانات بعض الشيء ولكنها المفضلة في الاستخدام.

خامساً: الموجه (Router)

وهو جهاز كهربائي يستخدم بشبكات (WAN) للاستفادة من الخدمة التي تقدمها شركات الإتصالات ويستخدم الموجه أيضاً داخل شبكات (LAN) في حالة اختلاف أرقام الشبكات ويستخدم الموجه والمبدل (Router/Switch) للبحث عن أفضل وأسرع مسار بين المرسل والمستقبل وكما مبين بالشكل (3-9 ا، ب، ج) 

الشكل (3-9 ا، ب، ج) يوضح استخدام الموجه (Router)

توجد أنواع عديدة من الموجهات تذكر منها هي :

1- سيسكر Cisco

2 - بلكن Belkin

3- جونيير Juniper

الشكل 3-10 أحد أنواع الموجهات (Routers)

Answer 1

القابلوات المستخدمة في ربط الشبكات

تستخدم شبكات الإيثرنت عدة أنواع من قابلوات التوصيل وتختلف هذه القابلوات من حيث البنية والسعة العظمي لنقل البيانات (Data Rate) وهي:

أ - القابلوات المحورية (Coaxial Cable)

يتكون من سلك موصل من النحاس يحيط به عازل من البلاستك وتلف عليه طبقة من الأسلاك الشعرية و تغلف بمادة بلاستيكية عازلة من كلوريد البولي فينيل PVC أو مادة فلورو ليتنيرويلين والمستخدمة في الهاتف تحيط بها شبكة شعرية (Shield) .

في المراحل الأولى للإيثرنت جرى استخدام قابلو عرف باسم (Thick net) قطره 10 ملم يتميز بمعدل نقل 10Mbps ويستخدم الآلية (Baseband) لكشف الأخطاء، ويتيح مسافة عظمي للشبكة (Network Span يقارب الـ 2500 متر، وعدد من العقد في المقطع يبلغ الـ 100 عقدة وبحيث لا يتجاوز طول المقطع الـ 500 متر ويعرف أيضاً بإسم 10Base5 حيث تمثل العشرة إلى معدل النقل والBase إلى آلية كشف الخطأ والـ 6 إلى المسافة العظمى للمقطع وكما مبين بالشكل (3-11)

الشكل 3-11 قابلو نوع 10Base5

أما النوع الآخر من القابلوات المحورية فهو ما عرف باسم (Thin net) قطره 5 ملم يتميز بمعدل نقل Mbps 10 ويستخدم الآلية (Baseband) لكشف الأخطاء، ويتيح طولاً أعظميا الشبكة (Network) Space يقارب الـ 925 متر، وعدد من العقد في المقطع يبلغ الـ 30 عقدة بحيث لا يتجاوز طول المقطع الـ 500 متر ويعرف أيضاً باسم Base2 10 حيث ترمز العشرة (10) إلى معدل النقل والـ Base إلى آلية كشف الخطأ والـ 2 إلى المسافة العظمى للمقطع، علما أن هذا النوع من القابلوات عموماً أصبح نادر الوجود في الوقت الحالي وكما موضح بالشكل (3-12). وهناك نوع ثالث من القابلوات المحورية المستخدمة في شبكات الإيثرنت تعرف بـ 10Broad36 حيث يبلغ قطر القابلو 1.0.0.4 سم ويتميز بمعدل نقل 10Mbps و يستخدم الآلية Broadband لكشف الأخطاء، ويتيح طولاً أعظم للشبكة (Network Span) يقارب الـ 3600 متر ولا يتجاوز طول المقطع الـ 1800 متر.

الشكل 3-12 قابلو نوع 110Base2

ب- القابلوات المجدولة (Twisted Pair)

يتكون من عدة أسلاك معزولة يلف (تبرم) كل زوج منها على حده وتغلف بمادة بلاستيكية أو معدنية . والسبب في برم كل سلكين على حدة هو للحماية من التداخلات التي تسببها الاشارات الكهرومغناطيسية داخل الاسلاك النحاسية أو المصادر الخارجية أيضاً فالضوضاء المتكون على ملك سوف يعكس الضوضاء المتكون على السلك الآخر فيلغي احدهما الآخر.

تستخدم قابلوات الإيثرنت النوع UTP حيث يبلغ قطر القابلو (0.4-0.6) سم يتميز بمعدل نقل mp3 ويستخدم الآلية Baseband لكشف الأخطاء، ويتيح طولاً أعظم للشبكة (Network Span يقارب الـ 500 متر ولا يتجاوز طول المقطع الـ 100 متر ويعرف أيضا باسم Base T

تتراوح سمات قابلوات ال UT من الله 100 يمكنها تقديم خدمة الإيثرنت الـ Mbps 100 وحتى ال Gigabit ایترنت بحيث يمكن الحصول على مسافات أكبر للشبكة كما مبين بالشكل (3-13).

الشكل 3-13 القابلوات المجدولة

ج - الألياف الضوئية (Optical Fiber

هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي أو البلاستك ، تكون طويلة ورفيعة ولا يتعدى سمكها سمك الشعرة ويمكن التعبير عنها بأنها أنابيب للضوء يجمع العديد من هذه الألياف في حزم داخل الكبيلات الضوئية، وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية المسافات بعيدة جداً.

إن أجزاء الليف الضوئي هي:

1- القلب (Core) : وهو عبارة عن زجاج رفيع (أسطواني ينتقل فيه الضوء ويصنع من السليكا (Silica) المطعمة بالجرمانيوم (Ge-Silica)

2 العاكس (Cladding) : مادة على شكل أسطوانة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على حفظ الضوء في مركز الليف الضوئي وهي مصنوعة من السليكا وذلك لكي يكون معامل انكسار القلب أكبر من معامل انكسار الغلاف وهو الشرط المطلوب الحصول عملية الأنعكاس الداخلي الكلي (Total Internal Reflection) الذي هو أساس توجيه الضوء في الألياف الضوئية، إذ ينعكس الضوء كليا وبتكرار الأنعكاس ينتشر الضوء داخل قلب الليف الضوئي ويصل إلى النهاية الأخرى لليف.

3- الغطاء الواقي (Buffer Coating) : غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة ويحميه من الضرر والكسر. كما موضح بالشكل (143).

الشكل 3-14 الليف الضوئي

لقد أحدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الإتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي :

1. سعتها العالية جدا بسبب اتساع النطاق عند الترددات الضوئية مما يعني أن كماً هائلا من المعلومات يمكن ارساله عبر هذه الألياف و بسرعة عالية جدا.

2. أقل حجماً مقارنة بالأسلاك الأخرى حيث أن نصف قطرها أقل بكثير من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلاً يمكن استبدال سلك نحاسي قطره (7.62cm) باخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز (c 0.635(cm وهذا له أهمية خاصة عند من الأسلاك تحت الأرض.

3. أخف وزناً فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5) بأخرى من الألياف الضوئية تزن 3.6 kg فقط

4. إن الفقدان في قوة الإشارات المرسلة يكون أقل.

5. ليس هناك أمكانية لتداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في الحبل الواحد مما يضمن وضوح الأشارة المرسلة سواء كانت محادثة تلفونية أو بث تلفزيوني. كما أنها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الأشارة تنتقل بسرية تامة وهذا له أهمية خاصة في الأغراض العسكرية.

6. غير قابلة للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق

7. تحتاج إلى طاقة أقل عند التوليد لأن الفقدان في الطاقة قليل خلال عملية النقل.

8. سرعة إتصال عالية جدا تصل إلى (Gbps (2).

بسبب هذه المميزات فأن الألياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات وخصوصاً الإتصالات وشبكات الحاسوب. كما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه وكذلك كمجسات عالية الجودة للتغير في درجة الحرارة والضغط. 

تنقسم الألياف الضوئية إلى ثلاثة أنواع أساسية هي:

1- الليف أحادي النمط (single mode fiber) :

 للنقل من خلاله أشارات ضوئية بنسق واحط موحد في كل ليفة ضوئية من ألياف الحزمة وتستخدم في شبكات الهاتف وقابلوات التلفزيون أن هذا النوع من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي حيث يصل إلى حوالي (micrometer) وتمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي ( 13-155) كما موضح بالشكل (3-15)

​​​​​​

الشكل 3-15 ليف ضوئي

Answer 2

2- الليف وتعدد النمط (Multi-Mode fiber) :

 وفي هذه الحالة يتم نقل العديد من الأنماط للأشارات الضوئية من خلال الليفة الضوئية الواحدة مما يجعلها أفضل الشبكات الحاسوب أن هذا النوع من الألياف يكون نصف قطره أكبر حيث يصل إلى (62.5micron) وتنتقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء. والجدول (1-3) ببين مقارنة في المواصفات بينه وبين الياف احادية النمط.

3- الليف الضوئي ذو معامل الأنكسار المتدرج Graded Index Optical fiber) :

في هذا النوع يكون الغلاف واللب قطعة واحدة الا أن معامل الانكسار في مركز الليف الزجاجي يكون في أعلى قيمة له ويقل تدريجيا عند الابتعاد عن المركز ويمتاز هذا النوع بكونه يستطيع نقل إشارات ذات نطاق ترددات أعرض من النوع الأول حيث يصل عرض النطاق إلى (1000MHz) لكل كيلومتر.

جدول 3-1 مقارنة بين الألياف الضوئية أحادية النمط ومتعددة النمط